（交通运输规划与管理专业论文）立交交织区交通安全、效率与干预研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着城市交通需求的不断增长以及城市用地限制，城市立交大量涌现并形 成许多相邻的出入口，在这些地方，车辆出现二次合流、分流或交织运行，交 通安全水平和通行效率较一般出入口都有所降低。交织区作为典型的相邻出入 口，是交通领域研究的重点和难点。道路立交交织处，车辆要在较短的距离内 完成分流、合流操作，车辆换道频繁，交通流运行复杂，形成城市快速路的事 故黑点及运行瓶颈。 本文首先分析了交织区的影响因素，包括交织区构型、交织区长度、宽度、 交通量、交织流量比、交织比和运行车速等，确定了研究对象。通过总结分析 国内外交通安全评价方法的现状及存在的问题，尤其是交通冲突技术及其在交 织区的应用，论文运用v i s s i m 模拟对其加以改进，延伸了交通冲突的定义，提 出基于v i s s i m 模拟的交通冲突技术及其应用流程。设定交织区影响因素的变化 范围，通过正交表法设计交通模拟实验，分别分析了交通冲突与各影响因素的 函数关系，运用s p s s 统计软件建立模拟交通冲突的多元回归模型并进行参数检 验。交通冲突技术虽有用于交织区，但是在指标的选取上仍然沿用平面交叉口 的指标，并不能反映交织区特有的冲突特性，论文提出以适合于交织区交通特 性的交通指标一车公里冲突数一作为安全评价指标，进行评价标准的聚类分析， 运用模糊评价方法对交通安全进行评价。最后，结合交通安全与效率，论文对 交织区的交通干预进行分析，重点研究了道路条件干预和交通流干预。以冲突 数、相对冲突数、冲突强度和通行能力分别作为交通安全、效率的研究指标， 以武汉长江隧道友谊大道立交交织区为例，运用差分方法对交织区的合理长度 进行研究；选择通过率、入口匝道车均延误和交织区车均延误作为交通效率指 标，车公里冲突数作为交通安全指标，对减速让行、主路限速和匝道控制三种 常用的交通流干预措施进行模拟分析，确定不同交通需求条件下，交通流干预 措施的选择。结果显示，交通需求较小的情况下，交织区除了基本的减速让行 规则外，应该辅以主路限速，可以在一定程度上提高安全与效率；当交通需求 增大到一定程度时，需要采取入口匝道控制，限制进入交织区主路的交通量。 关键词：交织区，交通冲突，交通安全，交通效率，交通干预 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h et r a f f i cd e m a n di n c r e a s ec o n t i n u o u s l ya n dt h el a n dl i m i ti nu r b a na r e a , m o r ea n dm o r ei n t e r c h a n g e sa p p e a r e dw i t ha d j a c e n te x i t sa n de n t r a n c e s , w h e r e v e h i c l e sn e e dt w i c em e r g i n g , d i v e r g i n go rw e a v i n go p e r a t i o n , a n dt h et r a f f i cs a f e t y a n de f f i c i e n c yo ft h e s ea r e a sa r el o w e rt h a no t h e r s a st h ec l a s s i ca d j a c e n te x i t sa n d e n t r a n c e s ，w e a v i n ga r e a sa r et h ek e y s t o n ea n dd i f f i c u l t yo ft r a f f i cs t u d y w e a v i n g a r e a sa r ed y n a m i ca r e a s , w h e r ev e h i c l e sc h a n g el a n e sf r e q u e n t l yt oc o m p l e t em e r g i n g a n dd i v e r g i n go p e r a t i o n si nas h o r td i s t a n c e ，a n dt h e yf o r mt h ea c c i d e n tb l a c ks p o t a n db o t t l e n e c ko fu r b a ne x p r e s s w a y s f i r s t l y , t h i sp a p e rc o n f i r m st h es t u d y i n go b j e c tb ya n a l y z i n gt h ei m p a c t so f w a v i n ga r e a s ，s u c ha sw e a v i n gc o n f i g u r a t i o n , w e a v i n gl e n g t h , w i d t h ，v o l u m e , v o l u m e r a t i o ，w e a v i n gr a t i oa n dv e l o c i t y , e t c a c c o r d i n gt os u m m a r i z i n ga n da n a l y z i n gt h e s t a t u sq u oa n di t s p r o b l e m s ，e s p e c i a l l yt c r ( t r a f f i cc o n f l i c tt e c h n o l o g y ) a n di t s a p p l i c a t i o ni nw e a v i n ga r e a s ，i te x t e n d st h ed e f i n i t i o no ft c tb yv i s s i m ，a n dp u t s f o r w a r dt c tb a s e do nv i s s i ms i m u l a t o ra n di t s a p p l i c a t i o np r o c e d u r e a n o r t h o g o n a le x p e r i m e n t a ld e s i g ni sd e v e l o p e db ya s s u m i n gt h ec h a n g er a n g eo fe v e r y f a c t o ri no r d e rt oa n a l y z et h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt r a f f i cc o n f l i c t sa n dt h ef a c t o r s r e s p e c t i v e l y , a n dam u l t i - r e g r e s s i o nm o d e lo ft r a f f i cc o n f l i c t si se s t a b l i s h e da n dt e s t e d a l t h o u g ht c th a sb e e nu s e di nw e a v i n ga r e a s ，t h ei n d e xw h i c hi ss u i t a b l e f o r i n t e r s e c t i o n sc 锄tr e f l e c tt h ec o n f l i c tc h a r a c t e r i s t i ci nw e a v i n ga r e a s t h i sp a p e rs e t s c o n f l i c t sp e rv e h i c l ek i l o m e t e rw h i c ha d a p tt ow e a v i n gc h a r a c t e r i s t i ca st r a f f i cs a f e t y i n d e xt oe v a l u a t et r a f f i cs a f e t yb yc l u s t e r i n ga n a l y s i sa n df u z z ym e t h o d f i n a l l y , t h e p a p e ra n a l y z e st h et r a f f i ci n t e r v e n t i o no fw e a v i n ga r e a sc o n s i d e r i n g 仃a f 丘cs a f e t ya n d e f f i c i e n c y , e s p e c i a l l yt h er o a dc o n d i t i o n a la n dt r a f f i cf l o wi n t e r v e n t i o n s t a k i n ga l l e x a m p l eo fy o u y ia v e n u ei n t e r c h a n g e o fw u h a nc h a n g j i a n gr i v e rt u n n e l ， r e a s o n a b l ew e a v i n gl e n g t hi ss t u d i e db yd i f f e r e n c ea n a l y s i sm e t h o du s i n gc o n f l i c t s ， r e l a t i v ec o n f l i c t s ，c o n f l i c ti n t e n s i t ya n d c a p a c i t ya s t r a f f i cs a f e t ya n de f f i c i e n c y i n d i c e sr e s p e c t i v e l y ；t h ep a p e rs e l e c t sc o n f l i c t sp e rv e h i c l ek i l o m e t e rt h et r a f f i cs a f e t y i n d e x ，t r a f f i cf l o wr a t e ，d e l a yp e rv e h i c l eo fw e a v i n gs e c t i o na n dr a m pa st h e n 武汉理工大学硕士学位论文 e f f i c i e n c yi n d i c e st os i m u l a t et h r e ec o m m o ni n t e r v e n t i o nm e a s u r e si e y i e l ds i g n , m a i nl i n es p e e dl i m i ta n dr a m pm e t e r i n g , a n dc o n f i r m st h et r a f f i cf l o wi n t e r v e n t i o n u n d e rd i f f e r e n tt r a f f i cd e m a n d t h er e s u l ts h o w st h a tm a i nl i n es p e e dl i m i ts h o u l db e a d d e dt oy i e l dr u l e i nw e a v i n ga r e a st oi n c r e a s et r a f f i ca n de f f i c i e n c yw h e nt r a f f i c d e m a n di ss m a l l ；i fd e m a n di n c r e a s e st os o m ed e g r e e ，e n t r a n c er a m p m e t e r i n gn e e dt o b eu s e dt ol i m i tt h et r a f f i cf l o wt om a i nl i n eo f w e a v i n ga r e a s k e yw o r d s ：w e a v i n ga r e a ；t r a f f i cc o n f l i c t ；t r a f f i cs a f e t y ；t r a f f i ce f f i c i e n c y ；t r a f f i c i n t e r v e n t i o n m 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 研究生( 签名) ： 关于论文使用授权的说明 日期：啦 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研魈：学驯签名她慨业 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 问题的提出 第1 章绪论 随着中国经济的迅速发展，城市化进程的加快，机动车数量剧增，而城市 道路建设的速度远不及车辆增加的速度，加上交通管理落后、道路利用率不高、 交通结构不合理和市民的现代化交通意识淡薄等因素，大部分城市的交通状况 日趋紧张，交通拥堵以及由此导致的交通事故的增加、环境污染的加剧已经f 1 益成为我国城市尤其是大城市面临的严重问题之一。世界卫生组织发布的世 界预防道路交通伤害报告指出，道路交通体系是最为复杂和危险的，估计全 球每年大约有1 2 0 万人死于道路交通事故，伤害的数目更高达5 0 0 0 万，相当于 全球五个最大城市人口的总和【”。 城市快速路作为城市道路网系统中的主骨架、主动脉，承担大容量的交通， 应为车辆提供安全、快速、高效的行驶环境，但由于不断增长的交通需求，“快 速路”的作用正在逐步削弱。立体交叉是快速路与其他道路连接的主要节点， 起着梳理及控制车流的作用，是快速路营运安全及高效的关口。 根据中华人民共和国交通事故统计资料汇编1 2 1 ，立体交叉处交通事故占所有 事故总数的1 2 5 ，死亡人数占所有死亡人数的0 1 7 ，而立交在整个道路系统 中只占小部分，所以立交已成为道路交通系统中的事故多发地区。另一方面， 造成快速路交通拥挤的主要原因也在于立交出入口匝道交通混乱：快速路入口 匝道车辆不受限制；出口匝道车辆排队上溯到快速路主路；出入口匝道问距较 小，两者车流相互干扰等等。 城市中受到用地限制，立交出入口匝道的问距得不到保障，往往会形成间 距较小的相邻出入口。在这些地方，车辆出现二次合流、分流或分流合流交织 运行，相比一般的出入口，交通安全水平和通行效率更低。作为典型的相邻出 入口，交织区是互通式立交的重要组成部分，也是立体交叉和快速路交通的运 行瓶颈及事故多发区。交织区包含距离较近的出口匝道、入口匝道，其交通运 行与简单的出入口相比有较大差距。交织区的分析是交通分析中的重要工作之 一，尤其是在现在交通安全、拥挤问题日益突出的情况下，交织区运行的安全、 武汉理工大学硕士学位论文 高效关系到立体交叉、快速路交通甚至整个城市道路系统的安全高效。但交织 区由于其特有的结构条件和复杂的车辆运行特征，以往的研究成果甚微。正是 由于交织区分析在道路系统交通分析中占有非常重要的位置并且分析难度很 大。 因此，如何使交织区交通运行安全、高效是一个亟待解决的重要问题。 1 2 论文研究的意义 运行在交织区上的车辆需要进行车道变换才能进入目标车道，这样就会形 成基本路段不曾有的交通冲突与干扰。冲突与干扰过多，车流运行就较为混乱， 造成交织区的通行能力远低于基本路段，通行效率低下，成为道路瓶颈路段； 并且容易引发追尾、侧撞等交通事故，安全水平较低。另一方面，由于城市用 地的限制，大量的交织区的形式选择及主要参数设计并不合理，如交织区的长 度过短，车辆换道所需的空间不足，很多车辆强行换道，引发交通拥挤和事故。 另外，交通管理水平落后也是交织区安全效率水平低下的一个重要原因，交织 区交通管理和控制的措施研究缺乏，当交织区出现问题时，不能正确地选择合 适的干预措施，使交通问题很难解决。 交通安全与效率之间存在着一定的联系【3 】。通行效率低，交通过于拥挤，车 流密度较高，车辆的冲突机会增加，且发生的事故为多车追尾事故；另一方面， 当交通拥堵时，虽然发生冲突的可能性较大，但是由于车速较低，冲突或者碰 撞的强度较小，即使发生事故，造成的损失较小；相反，当通行效率高的时候， 车辆以高速通过交织区，车流密度小，冲突机会少，但一旦发生交通冲突，其 转化为事故的可能性及事故的严重程度则很高。同时，当采取交通干预措施后， 在一定程度上可以提高交织区的安全水平，但是一部分车辆( 尤其是入口匝道) 的延误有可能增加，影响通行效率。因此，基于交织区交通安全与通行效率综 合考虑，选取多种指标，确定合理交织区长度和交通流干预措施，对立体交叉 及整个快速路系统的运行有重要的现实意义。 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 国内外研究现状 国外很早就有对交织区的研究【4 j ，美国早在5 0 年代就对交织区的车辆运行 特征进行了系统全面的分析，形成了一套实用性很强的完整的理论经验公式， 对其他国家的交通理论研究起到了重要的指导作用。而我国对交织区的研究起 步较晚。目前，关于交织区的研究主要方法有回归分析法、经验模型法和模拟 方法1 5 1 。较早的方法有：h c m 方法、p i n y 方法、l e i s c h 方法、f a z i o 方法、j h k 方法和w a r d r o p 方法等1 6 1 。 1 3 1 国外研究现状 交织区交通安全的研究：美国华盛顿运输部对交织区事故类型进行了研究 1 7 j ，发现高峰时间交织区主要交通事故为追尾，而平蜂时间是追尾和侧碰事故相 当。s r i n i v a sj i l l e l l a ( 2 0 0 1 ) 研究发现其他因素不变时，交织区长度越短，车道 变换越密集，交通流越混乱，交织区内平均车速下降，安全性降低。可见，交 织区长度与交通安全有很大关系嗍。t h o m a seg o l o b 9 1 研究发现a 型交织区交通 冲突多发生在平蜂时期，中间车道上，尤其是晚问和湿滑路面。a l a u d d i n m a h a m m e d ，p h d ( 2 0 0 5 ) 研究发现4 2 5 m 长的加速车道适合于所有的几何形状 和交通条件1 1 0 1 ；m o h a m e ds a h a n p h d ( 2 0 0 5 ) 基于期望事故率建立了变速车道 长度计算模型1 1 1 j ；r o g e rp r o e s s ( 2 0 0 6 ) 定义车道变换点为车辆前轮越过车道 线的点，进而分析了车道变换行为( 车道变换率) 与交织区长度、交织区车道 数、流量比和总流量之间的关系，车道变换率随流量比和总流量的变化趋势不 明显，丽当交织区长度由1 3 5 m 增加到接近5 0 0 m ，变换率从1 增加到7 ，平均 每3 0 m 约增加0 5 1 1 2 1 。 交织区通行效率的研究：p i g n a t a r o 等根据回归分析发展了交织和非交织车 辆的速度估计方程，并用交织和非交织车辆作为效果措施，交织区常被聚集在 其内某处的车辆控制。相反，交织区内的一些点就未被利用；随着交织区长度 的渐增，其对交织区的益处消散很快【1 3 】。h c m 2 0 0 0 1 4 1 分析交织区的方法是基于 速度估计和密度，根据影响交织车辆车道变换最小数的几何结构，把交织区类 型分类，有三种交织类型：a 型、b 型、c 型。将通行能力定义为，任何使密度 达到2 7 p c k i n i n 时的交通流组合。交织区通行能力是通过参数交织区结构、交 3 武汉理工大学硕士学位论文 通量比、交织区长度和自由流车速计算的。m a s a h i r ok o j i m a 运用微观仿真模型， 对四车道交织区进行模拟，分析了交织区每辆车的交通行为，将交通车道变换 行为分为随意换道和插车间隙满足安全要求时的换道两类【”j 。从车道变换频率、 制动频率和车速方面研究了交通流平稳度。t h o m a sd i j k c r 运用交通模拟软件 f o r s n 江，以不同交织构型、不同长度以及不同大车率及交织比的1 0 个交织区 为例，对非平衡交织区通行能力进行研究，认为交织构型和交织区长度对通行 能力影响不大，而大车率和交织比有较大的影响1 1 6 1 ；p o n l a t h e pl e r t w o r a w a n i c h ， p h d 基于可接受间隙理论和线形规划技术，对q e 高速公路沿线的三个路段的 数据迸行分析，建立了适用于所有类型交织区的通用通行能力评估模型，将模 型计算结果与实地数据进行比较，发现通用模型比h c m 2 0 0 0 计算结果更接近实 际值f 。 1 3 2 国内研究现状 我国交织区理论分析研究较为薄弱，北京工业大学陈金川博士1 1 8 j 于2 0 0 0 年 在收集国内外大量交织区研究文献的基础上，综述国内外道路交织区运行分析 的研究过程和成果，借鉴前人分析方法，并对现有各种分析方法进行评析，针 对我国目前道路系统中的交织区设施，利用实测的大量统计数据分析了我国交 织区车辆运行特性，并基于通行能力研究，提出了交织区理论分析模型。刘小 生n 9 1 结合深圳市南坪快速路设计，介绍交织区段通行能力、服务水平计算分析， 根据分析结果，调整优化设计。提出当交织流和非交织流中有一个或两者均低 于设计采用的服务水平等级时，就需要采取改进措施。改进措施有：调整方案、 改变交织构造形式、在交织区设置集散道等。钟连德等通过交通仿真软件 c o r s i m ，设定起讫点的交通流量比例不变，不断增加主路和匝道的流入量，以 系统交通量出现溢出时的流量作为通行能力，对交织区进行了仿真研列硼。陈 小鸿、肖海峰分析了影响交织区交通特性的主要因素，如交织区的交织长度、 交织构型、交通流特性和设计车速，并利用德国p 1 v 公司开发v i s s i m 软件， 进行交织区交通特性的微观仿真【2 1 1 。高宵引用h c m 2 0 0 0 中交织区服务水平的计 算方法，确定交织区长度与流量的关系，并辅以服务水平，确定了满足一定交 织运行状态的交织区长度阎。 以上均为对交织区通行效率的研究，而对交通安全研究较少，最近有研究 将交通冲突技术引入交织区交通安全评价。福建农业大学的李晓娟建立了基于 4 武汉理= 大学硕士学位论文 人工神经网络的高等级公路交织区交通冲突数预测模型，并通过分析冲突数与 交通安全的关系，提出交通冲突数与道路安全性评价模型幽。岳小泉基于交通 冲突技术，运用用灰色聚类法对交织区交通安全进行评价1 2 4 1 。 1 3 3 现状研究存在的问题 国内外已有不少对于交织区的研究，但存在一些不足： ( 1 ) 对于交通安全的研究较少，国外的研究大多是关于车道变换率及事故 类型的研究，并没有事故率与交织区参数的关系模型：国内有研究将冲突技术 用于交织区，但是仍然沿用t c m p c u ( 冲突数与当量交通量的比值) 作为评价 指标，但是交通冲突技术原本用于平面交叉口，其交通流运行特性及几何造型 与立体交叉大不相同，原指标并不适用于交织区，因此需要进行改进。 ( 2 ) 对于通行效率的研究，指标的选取较为单一，大多以通行能力作为评 价指标。在没有交通流干预的情况下，通行能力能够较好地反映路段的通行效 率，但是当增加交通干预措施，仅通行能力一个指标并不能说明通行效率的高 低，最直观的通过量、延误等均可作为通行效率指标。 ( 3 ) 目前还没有直接针对交织区的交通干预措施，虽然一般的立交入口匝 道、平面交叉口均与交织区的交通运行有一定的相似之处，但是应用干预措施 时应根据交织区的交通特性及实际的交通流状况优化选取。 1 4 研究目标、内容和思路 1 4 1 研究目标 本文针对城市快速路立体交叉交织区车流的交通特性，运用v i s s i m 模拟对 交织区的交通安全、效率及相关干预措施进行研究，确立较为客观的交织区安 全评价指标，以及交通安全、效率与干预之间的关系，进而以交通安全和效率 平衡为目标，确定合理的交织区长度与合理的交通流干预措施。为城市快速路 立交交织区的设计与交通管理措施提供理论支持。 5 武汉理上大学硕士学位论文 1 4 2 主要研究内容 城市快速路立交交织区是快速路的事故多发点及运行瓶颈，并且其安全与 效率存在一定的联系。本文以武汉长江隧道友谊大道立交交织区为研究对象， 运用模拟的手段，结合交通冲突技术和模糊聚类等理论方法，展开研究。本文 的研究内容主要有以下几个方面： ( 1 ) 基于v i s s i m 模拟的交通冲突技术研究。 介绍交通冲突技术，并分析传统交通冲突技术的不足之处，运用交通模拟 进行弥补。通过v i s s i m 模拟，重新定义交通冲突及冲突数，提出v i s s i m 模拟 交通冲突及其统计方法。 ( 2 ) 交织区交通安全评价研究 深入分析立交交织区交通安全的影响因素，结合交通冲突技术，设计合理 的模拟实验，建立基于模拟的交通冲突预测模型；提出适合交织区交通特性的 评价指标，运用模糊聚类的方法，确定交织区交通安全评价的标准及方法。 ( 3 ) 交织区合理长度确定 在其他影响因素不变的前提下，选取多个指标，分析交织区长度与交通安 全、效率的关系，并通过一定的数学方法，寻求交通安全与效率的平衡点，进 而确定合理的交织区长度。 ( 4 ) 交织区交通流干预措施研究 选取常用的交织区交通流干预措施，如主路限速、入口匝道控制及减速让 行等，以及合适的指标，通过模拟，分析不同交通流干预下各指标值随交通需 求的变化关系，进而确定采用交通流干预措施的交通流条件，及合理的交通干 预措施。 1 4 3 技术关键问题 本文的研究，需要解决以下技术问题： ( 1 ) 解决运用v i s s i m 实现交通冲突模拟及其统计的方法； ( 2 ) 寻求适合于交织区的交通冲突评价指标； ( 3 ) 确定用于交通干预研究的交通安全、效率指标及v i s s i m 对这些指标 6 武汉理工大学硕士学位论文 的输出。 1 4 4 研究方案及章节安排 首先，对交织区进行概述，包括交织区的定义、基本构型、交织区交通流 的影响因素及交织特性等。重点分析交织区长度、流量比等因素，并确定本文 的研究对象。 然后，概述现有的交通安全评价方法，并指出其不足之处，尤其是交通冲 突技术及其在交织区上的应用。进而，研究通过交通模拟对交通冲突技术进行 改进的方法，建立交通冲突的v i s s i m 仿真流程。 根据交织区影响因素，通过正交表法设计合理的模拟实验，建立交通冲突 预测模型，深入分析交通冲突与各影响因素的关系。结合一定的数学方法，提 出交织区交通安全评价的指标及标准； 重点研究交通干预中的道路条件干预和交通流干预，选取合适的指标，进 行模拟输出，分析比较，最终确定合理的交织区长度和交通流干预措施。 本文章节安排如下图所示。 7 武汉理- 大学硕士学位论文 图1 - 1 章节安排 s 理 论 与 方 法 基 础 方 法 改 进 一 新方法应用| _ - 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 交织区的定义 第2 章交织区概述 早在2 0 世纪6 0 年代在美国通行能力手册( h c m ) 就提出了交织区的定 义，从那时起就已经对交织区开始了探索性的研究，至今也是美国对交织区的 研究最为广泛深入。本文中引用h c m 2 0 0 0 中对交织区的定义；行驶方向大致相 同的两股或多股车流，沿着相当长的路段，不借助于交通控制设施进行的交叉 运行，定义为交织；而当一合流段紧接着一分流段或者一入口匝道通过辅助车 道紧接一出口匝道，就形成了交织区l l “。典型的交织区交通运行示意图如图2 - 1 。 m - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 啼 锄 图2 - 1 典型的交织运行示意图 2 2 交织区交通运行影响因素 交织区交通运行的影响因素可以分为人、车、路和交通环境的影响。其中 人的影响主要是驾驶员的影响，如身体条件、熟练程度等：车的因素包括车辆 的动力性能、制动性能和轮胎质量等；路的因素包括交织区的几何构造、路面 状况等；交通环境包括气候、交通流环境、交通安全设施等。 本文主要分析交织区的几何构造、交通流环境对交通运行的影响，其中包 括交织区构型、长度、宽度、交织流量比、交织比及交织区车速等均为交织区 交通运行的影响因素。 9 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 1 交织区构型 交织区的构型包括交织区的形状、入口和出口车道的数量等，其直接影响 到发生在交织区上车道变换的总数嗍。 美国通行能力手册根据交织车辆运行至目标出口所需进行的最小车道变换 次数，将交织区分为a 、b 和c 三种类型： 1 ) a 型交织区 在这类交织区中，交织车辆为了完成要求的运行，都必须进行一次车道变 换。如图2 - 2 所示为两种类型的a 型交织区。a 沥示的交织区为匝道交织区，由 一个出口匝道通过辅道与入口匝道相连接。此类型中，入口匝道的车辆需进行 一次车道变换，由辅道进入主路；而驶向出口匝道的车辆需进行一次车道变换 从主路进入辅道。b 、所示为主要交织区，由多车道的出入口组成。 图2 - 2 a 型交织区示意图 2 b 型交织区 此交织区为加入平衡车道的交织区，其区别于其他类型交织区的主要特点 是：某一方向的车流不需要进行车道变换，而其他方向的车流则最多需要一次 车道变换便可完成交织操作。如图2 - 3 所示 薯喜募素茅雩三泰莠蠢 ： 一 茅；黍三墨 图2 - 3 b 型交织区示意图 】0 武汉理工大学硕士学位论文 3 ) c 型交织区 此类型交织区与b 型交织区较为相似，相同之处在于，某一方向的车流不 需要进行车道变换便可进入目标车道；不同之处在于，在c 型交织区中，其他 方向的车流要进行至少两次的车道变换才能完成交织操作。如图2 _ 4 所示 图2 - 4 c 型交织区示意图 在我国的a 型交织区中最常见的是匝道交织区。b 型和c 型交织区更适合 交织流量比较大的情况，而且在交织区长度和宽度相同的条件下，b 型交织区在 交织量大时的车速相对较高；a 型交织区内的交织与非交织车辆更容易分离，这 样更有利于提高车速，b 和c 型交织区能容纳更高比例的交织车辆，所以非交 织车辆更可能与交织车辆分享车道l 瑚。 三种构型大小各不相同。在a 型交织区内，由于所有交织车辆必须穿过一 条路拱线，交织和非交织交通流在这类路段中倾向于分开行驶，其中交织车辆 集中于与路拱相邻的车道内，非交织车辆则主要在外侧的车道中。而在构型b 和构型c 中，若干车道内实质上是交织和非交织车辆的混合行驶。 这一差异使得a 型交织区与b 型及c 型交织区表现有些不同在具有相同的 流量、交织长度和车道数的情况下，a 类交织区的速度要高于b 型和c 型交织 区。这并非认为a 型交织区总是优越，因为当在约束运行情况下时，类型a 构 造上所受到的限制程度比b 及c 型要大得多。 2 2 2 交织区长度 交织区长度是交织区交通运行最重要的影响因素之一，其大小为交织区内 入口处三角端宽度为0 6 米处到出口处三角端宽度为3 7 米处之间的距离( 如图 2 - 2 所示) 1 2 6 。它对交织区运行的影响表现为，驾驶员驾驶汽车通过交织区时操 作的紧迫程度。 交织区长度是驾驶员顺利实现车道变换的距离限制。若交织区距离足够短， 武汉理工人学硕士学位论文 则车辆完成一次车道变换实际是等待主流交通流中的可穿越| 日j 隙，和x 型无信 号灯控制交叉口的穿越间隙问题相同；另一种极端的情况是交织区足够长，则 交织区分解为合流点和分流点，其间的路段则和基本路段上的车道没有什么区 别。h c m 2 0 0 0 中提到，当交织区长度达到2 0 0 0 f t ( 7 5 0 米) 时，车辆的合流和 分流应分开研究；当交织区长度小于3 0 米时l 冽，可作为无信号控制交叉口来处 理。 交织区长度对交织区交通的影响表现在：当交织区长度减少时( 所有其它 因素不变) ，车道变换的频度和由此产生的紊流程度会增加，交织车辆的车速会 降低，因此也会影响非交织车辆，其车速也会降低，交织区的安全水平和通行 效率就会受到影响。 2 2 3 交织区宽度 交织区宽度是由交织区的车道数来衡量的。这不仅由影响交织运行的车道 数来度量，而且还由交织车辆与非交织车辆所使用这些车道的百分率来度量。 其体现的是交织区承担交通服务的能力。 车道数对交织运行的影响主要表现在运行形式上( 约束和非约束运行) 。在 交织区中所有车辆一般总是在使所有交通流达到同样平均行驶速度的方式下来 利用可使用的车道。但有些情况下，交织构造会限制交织车辆充分利用车道来 达到上述平衡运行。此时交织车辆只利用了可供使用的车道中比期望少的一部 分，而非交织车辆则利用了比期望多的一部分。在这种情况下，交织区的运行 为约束运行；当交织构造不限制交织车辆去利用所有望使用的那部分车道时， 交织运行就是非约束运行。即： 当帆脚伽麟j 时，是非约束运行； 当n w n w ( m a x ) 时，是约束运行。 式中：m r 一交织车辆为了取得均衡运行和非约束运行必须采用的车道数； n w 阳4 r 卜_ 封于指定构造性，交织车辆可采用的最大车道数。 2 2 4 交织流量比与交织比 交织流量比是交织区内交织交通量与总交通量的比值，交织比为两个交织 流量中小的那个交通量占总交织流量的比值。如图2 1 所示，交织流量比为 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 ( q 。+ q ：) ( 瓯，+ 瓯：+ q 。+ q ：) 。如果q w s 7 1 1 2 8 l 。 2 3 交织区交织车流运行特征分析 立交交织区交织车辆频繁变换车道是造成交通混乱的主要原因。交织车辆 变换车道有两种情况1 2 9 】：当驾驶员进入交织区后即进行车道变换，不考虑跟车 距离，强行变换车道；另一种情况是，当驾驶员认为需要变换的目的车道前后 车距离较安全时进行车道变换。而交织区大量的交通冲突及事故多发生于前者 o o l 。下面，对交织区交织车流的运行特征进行简要分析。 交织区内车流之间的相互作用表现为两股车流相互汇入，交织车辆随时判 断相邻车道上是否存在合适的车头间隙，根据判断结果决定是否进行变换车道。 交织区内车辆的车道变换行为与基本路段上的特点有所不同，基本路段上，车 辆在行驶过程中的车道交换一般出于超车目的，并目随时根据变换车道的可能 性决定是否进行车道变换，具有可选择性；交织区内的车辆必须在交织区长度 范围内完成车道变换，所以，交织车辆运行时往往不是为追求最大的通行速度 而保持与前导车之间的最小车头时距，而是在行进过程中寻找相邻车道车流中 合适的可插入间隙。交织车辆的这种特性导致了当与前导车之间的车头时距增 大时，也不急于加速紧跟，甚至在一定程度上反而因等候相邻车道中的可插入 间隙而减速，从而使原有车头时距继续加大。这种可能性的出现会造成交织区 武汉理i ：大学硕士学位论文 拥堵，甚至车辆之间的尾撞。一定条件下，驾驶员还有可能牺牲一定的安全水 平而冒险进行车道变换。所以，交织区内的车道变换比基本路段上的操作约束 性更强。 交织车辆不断寻找可插入间隙是进行车道变换的必要前提，调整车速以准 备变换车道进而影响本车道以及相邻车道的运行，并对非交织车辆造成影响。 2 4 确定研究对象 交织区交通运行的影响因素较多且较为复杂，为了方便研究，本文选择国 内较为常见的a 型匝道交织区作为研究对象。并作以下假设： 1 ) 假设由于用地限制，主路车道数为3 车道，交织区为4 车道； 2 ) 交织区的主路设计车速为6 0 k m h ，匝道设计车速为3 0 k m h ； 3 ) 其他条件，如天气状况、路面、交通安全设施设置等均良好。 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章交通冲突技术及其模拟仿真研究 道路交通安全评价是道路交通安全工作的首要任务，其核心是对于评价对 象的道路交通安全状况及其变化趋势进行客观的描述，确定影响交通安全的因 素以及制约程度，为改善道路交通安全提供依据。交通冲突技术在一定程度是 弥补了传统交通安全评价方法的缺点，而对于正在建设中的道路并不适用，交 通仿真技术为在建或拟建道路交通安全评价提供了便利。 3 1 交通冲突技术概述 3 1 1 交通安全评价综述 交通安全的评价方法主要可以分为两种：以事故统计为基础的直接评价方 法和以非事故统计为基础的间接评价方法。 3 1 1 1 直接评价方法 以事故统计为基础的安全评价方法包括绝对数法、相对事故率法、时间序 列法、回归分析法、事故强度分析法、事故率系数线形图法、综合事故率法、 综合评价方法【3 1 h 3 5 1 等。 绝对数评价法采用四项指标，即事故次数、死亡人数，受伤人数、直接经 济损失来表示。这种方法比较直观易懂，缺点也很明显。它简单地以数值的大 小作为评价的标准，并没有考虑其它的影响因素；另外，它没有注意到不同地 区交通总量的差异，以及同一地区交通因素的变化，缺乏可比性。 相对事故率法是以相对死亡率作为指标，对交通安全水平直接进行评价和 比较的方法。这一方法的缺陷在于，采用不同的评价指标，得出的结果不同， 甚至互相矛盾。 时间序列分析法是一种纵向比较的方法，即以事故率随时间的变化情况作 为交通安全水平评价的指标。时间序列分析法最具代表性的是欧波( o p p c ，s ) 的研究成果。通过对前联邦德国、英国、以色列、e t 本、荷兰、美国等六个发 达国家2 0 世纪5 0 - 8 0 年代交通事故统计资料的分析，欧波提出了一个所谓的“学 1 5 武汉理工大学硕七学位论文 习心理学”模型。 回归分析法是通过分析交通事故与影响因素的关系，建立事故与各种主要 因素之问的定量函数关系模型。主要有统计分析模型( 如s m e e d 模型、意大利 特里波罗斯多元回归模式等) 和经验模型。 事故强度分析法是在其他分析方法的基础上，结合道路条件影响的其他因 素，得出一个综合评价指标，依此指标值作为评价的标准并进行道路交通安全 的研究。比较常用的方法有万车死亡数、1 0 万车死亡数等。这些指标由于加入 了相对参照数据，使得不同道路指标间的评价更加科学合理，可信度较高。 事故率系数线形图法，以路段里程为横坐标，以事故率系数为纵坐标，绘 制出里程事故率系数图，图中的“顶峰”表征可能发生道路交通事故的最危险路 段。 综合事故率法是我国的研究者于2 0 世纪8 0 年代中期提出来的，主要有两 种类型，即经验法和强度法。经验法是计算出被评价对象的“当量交通事故损失”， 根据其数值的大小，确定它们的排序。强度法则是计算出被评价对象的“当量交 通事故死亡数”，根据其数值的大小，确定它们的排序。此模型由于影响因素众 多，并且这些因素各自的量纲不同，对交通安全影响的程度也不相同，因而计 算出来的综合事故率缺乏明显的物理意义，并且模型中参数的选取也缺乏严谨 的科学依据。 综合评价方法鉴于区域道路交通安全评价影响指标众多，采用单一指标进 行评价缺乏科学性。由此，现在更多的采用了综合评价法进行区域交通安全评 价，最常用的方法包括灰色理论方法、模糊数学方法、神经网络方法、层次分 析方法等。采用这些方法进行评价，则更为全面合理。 3 1 1 2 间接评价方法 以非事故统计为基础的安全评价方法包括道路安全审查法、驾驶员透视图、 速度协调性法、生理心理法等。 道路安全审计法是许多国家在进行道路安全研究时必须的程序，它是对现 有道路、规划道路、交通工程或与道路使用者有关的任何工程的一个正式的检 查，为道路使用者以及受道路工程影响的其他人识别道路潜在的事故问题，以 确保所采取的措施能根除或减少交通事故。驾驶员透视图法用对线形连续性进 行分析，并提出确保连续性设计的推荐值，进而保证交通安全。速度协调性法 武汉理工大学硕士学位论文 有速度差法与速度比值法两种，从行车舒适和安全性观点出发，以相邻路段的 速度差值比值超过某一规定值来评价路线平顺性、安全性。生理一心理法是基于 驾驶员的在道路上的行车时的心率、血压来进行安全评价0 6 1 一 3 9 1 。 3 1 1 3 现有评价方法缺陷分析 ( 1 ) 以事故统计为基础的直接评价方法 虽然以事故统计为基础的安全评价方法具有评价指标逻辑上的合理性、评 价精度较高的优点，但是，由于事故生成特点及事故统计管理所存在的若干缺 陷，直接影响了交叉口安全评价的效度与信度。主要表现【加j 在： 幻事故瞬间发生的不可观测记录性影响事故信息收集的真实性； b 1 事故的稀有性导致安全评价的周期延长； 事故的随机性导致安全评价的信度下降； m 事故过程的不可重现性影响研究分析的准确性； 曲事故定义限制了事故样本的生成； d 事故统计规定限制了事故发生数； 曲事故立案管理存在盲区； 事故统计管理存在误区。 ( 2 ) 以非事故统计为基础的间接评价方法 以非事故统计为基础的评价方法不以事故为基础，有其一定的优势，但是 各种方法的侧重点不同，适用性就受到了限制。安全审查法是根据基于汽车动 力学的公路路线设计规范初步对道路系统进行的安全评价，核查出不符合 规范规定的部分，即不符合汽车动力学部分，认定为事故多发点，道路设计必 须符合规范，但符合规范的道路安全性不一定很高；驾驶员透视图法，从驾驶 员视觉的连续性出发，根据驾驶员的获取前方道路线形的视觉信息与交通安全 性关系进行评价。此方法主要针对小半